中心議題：

• 射頻功率測量電路設計
• 射頻功率測量原理

解決方案：

• 射頻功率測量硬件電路設計

近年來(lái)，隨著(zhù)3G技術(shù)的快速發(fā)展，在進(jìn)行通信系統設計時(shí)，射頻功率的控制和測量十分重要。本文以美國ADI公司的AD8318單片射頻功率測量芯片為核心，設計了基于對數放大器檢測方法的射頻功率測量電路，該方法具有動(dòng)態(tài)范圍大，頻率范圍廣，精度高和溫度穩定性好的特點(diǎn)。

1 測量原理

射頻功率測量方法有多種多樣，其中對數放大器檢測法是射頻測量的主要方向之一，下面從對數放大器內部結構進(jìn)行分析，研究對數放大檢測器如何檢測射頻信號。

射頻信號檢測的實(shí)質(zhì)是如何實(shí)現將功率信號無(wú)失真地轉換成電壓信號，而這個(gè)轉換工作則由對數放大檢測器來(lái)完成，因此，對數放大檢測器是射頻測量的關(guān)鍵。它的核心是對數放大器，對數放大器之間采用直接耦合方式，分成N級，每級由對數放大器和檢波器組成。每級的輸出送到求和器，由求和輸出經(jīng)低通濾波器后得到一個(gè)電壓信號。N一般取值為5～9級，級數越多，單級增益越小，則輸出特性曲線(xiàn)越趨向于線(xiàn)性，這里以5級為例進(jìn)行分析，具體電路如圖1所示。

該對數放大檢測器的傳遞函數為：
U0=Ks(Pin-b) (1)

式中：b為截距；Ks為對數檢測器的斜率，是一個(gè)常數；Pin是輸入信號的功率。在一定的動(dòng)態(tài)范圍內，可通過(guò)Matlab仿真軟件得到對數放大器的特性曲線(xiàn)，如圖2所示。

從圖2可知，線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍約為-3～67 dBm，在此范圍內，輸出電壓與輸入功率之間呈線(xiàn)性關(guān)系。圖2的橫坐標是輸入信號的功率，縱坐標為輸出電壓和誤差值。在坐標系上作圖可知，該特性曲線(xiàn)的斜率約為18 mV／dB，截距約為93 dBm，已知輸入信號的情況下，可根據式(1)得到輸出電壓的大小。

若輸入信號為-30 dBm時(shí)：
U0=18×[-30-(-93)]=1．134V (2)

若斜率改變，則截距也會(huì )發(fā)生變化，在同樣的輸入的情況下，輸出大小不同。
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上述情況僅適用于900 MHz～8 GHz的正弦波輸入信號，而通信系統中，還有其他的波形，如果測量其他的波形的功率，則可根據不同波形的修正C值來(lái)進(jìn)行修正，因波形不同修正值也不相同，表1為不同的信號波形的修正值。

非正弦波形的輸出電壓計算公式：
U0=Ks(Pin-b)+C (3)

2 硬件電路的設計

2．1 AD8318的結構特點(diǎn)和內部結構圖
AD8318是解調對數放大器，將RF輸入信號轉換為對應的輸出電壓；它采用了9級對數放大，每一個(gè)階段，都配備了檢測器。主要可用于測量和控制器；當輸入范圍通常為60 dB，誤差小于±1 dB；+5 V單電源供電，電流為68 mA。AD8318的結構圖如圖3所示。

2．2 電路圖及工作原理
由AD8318構成的射頻功率測量電路如圖4所示。該電路可通過(guò)對AD8318設置，使其工作在測量模式時(shí)，當輸入的正弦信號為RFIN，經(jīng)過(guò)電容C1，C2耦合到AD8318的INHI、INLO兩端。然后通過(guò)9級對數放大檢波后，送到求和器，求和得到一個(gè)電流信號，再將該信號進(jìn)行I-V轉換輸出VOUT，該設計沒(méi)有單獨的模數轉換芯片，而是由AD8318的輸出直接到單片機的PA0，由于PIC16F874單片機內部有自帶A／D轉換器將模擬信號轉換成數字信號，然后送到單片機進(jìn)行處理。

若輸入模擬信號的動(dòng)態(tài)范圍大，A／D轉換的精度要求高，則A／D轉換器的分辨率要求也高，可通過(guò)PIC16F874內部的A／D轉換器實(shí)現，它將AD8318的電壓信號轉換成數字信號后，經(jīng)單片機程序進(jìn)行計數、查表，顯示等處理。圖5為單片機的程序流程圖。

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PIC16F874單片機將處理后的數字信號從PA1～PA4輸出，經(jīng)ULN2003反相驅動(dòng)給LED提供位選信號及足夠的驅動(dòng)，而段選信號從RB0～RB7經(jīng)過(guò)8×10 kΩ的排阻，送到LED，在LED數碼中將被測的射頻信號的功率大小顯示出來(lái)，測量結果如表2所示。

從表2的數據可知，通過(guò)AD8318對數放大檢測集成電路的轉換，再經(jīng)過(guò)單片機的數據處理，所測得射頻信號的功率滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)范圍大，頻帶寬度和線(xiàn)性度好的特點(diǎn)。

3 結論

通過(guò)對射頻功率信號的測量理論分析，利用AD8318將射頻功率信號轉換為電壓信號，然后經(jīng)過(guò)PIC16F874單片機進(jìn)行計數、查表，由4位LED數碼顯示出來(lái)，實(shí)現了大動(dòng)態(tài)范圍、高精度的射頻功率測量。